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SprayExpo: Modellierung der Exposition bei Sprühanwendungen

Vorhersage der inhalativen und dermalen Exposition mit Aerosolen bei Sprühanwendungen.

SprayExpo wurde ursprünglich im Kontext der Anwendung von Biozidprodukten entwickelt. Das Modell liegt mittlerweile in Version 2.3 vor und ist als Arbeitsblatt für MS Excel verfügbar.

Im Auftrag der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) hat das Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin (ITEM) das mechanistische Modell SprayExpo entwickelt. Es ermöglicht die Vorhersage der Exposition gegenüber Aerosolen bei Sprühanwendungen mit nichtverdampfenden Bioziden. SprayExpo wurde aufgenommen in das TNsG Human Exposure to Biocidal Products - Guidance on Exposure Estimation, Part 2, chapter 3, "Defaults and Models". Es hilft beim Abschätzen der dermalen und inhalativen Exposition für die Zulassung von Biozid-Produkten.

Das Modell berechnet die Konzentrationen der verschiedenen gesundheitsrelevanten Tröpfchengrößenfraktionen in der Luft. Es berücksichtigt turbulente Diffusion, Tröpfchenverdampfung, sowie Sedimentationsbewegungen. Zusätzlich enthält es ein verbessertes Modul zur Berechnung des Oversprays beim Sprühen auf eine Oberfläche.

Es ist nicht mehr notwendig, die Tröpfchenverteilung direkt einzugeben, da diese jetzt für einige Sprühgeräte in einer internen Datenbank hinterlegt ist. Somit müssen nur noch die Sprühtechnik und einfache Prozessparameter wie der Sprühdruck angegeben werden. Bei der Entwicklung des Modells hat eine Sensitivitätsanalyse gezeigt, dass das Tröpfchenspektrum ein Prozessparameter mit entscheidendem Einfluss auf die Exposition ist – ebenso wie die Freisetzungsrate. Im Gegensatz zur Freisetzungsrate spielt der Dampfdruck des Lösungsmittels im relevanten Wertebereich nur eine untergeordnete Rolle für die Expositions-Konzentration des Wirkstoffs.

Dermale Exposition am Arbeitsplatz wird unterschätzt

Für die Evaluierung von SprayExpo wurden damit erzeugte Vorhersagen mit Ergebnissen von bereits bestehenden Modellen "ConsExpo" und "BG Spray" sowie mit Messdaten von Arbeitsplatzmessungen verglichen. Zu diesem Zweck wurden Expositionskonzentrationen durch personengetragene Probenahme und anschließende chemische Analyse an Arbeitsplätzen im Bereich der Antifouling-Behandlung (Werft) und in verschiedenen Szenarien im Vorratsschutz bestimmt. Für die beiden Szenarien Raumbesprühung und Sprühen auf Wände zeigen Vergleiche zwischen Modellabschätzungen und experimentellen Werten, dass Sprühanwendungen in der Regel mit einer Unsicherheit von Faktor 4 oder weniger reproduziert werden können.

Im Hinblick auf die dermale Exposition kann das Modell nur den Sedimentationsfluss der Tröpfchen in der Luft berücksichtigen, nicht aber versehentlich auftretende Spritzer. Daher wird die dermale Exposition am Arbeitsplatz durch SprayExpo in der Mehrzahl der Fälle unterschätzt. Bei der Raumbesprühung wird die dermale Exposition dagegen recht gut vorhergesagt.

Zusammenfassend: SprayExpo ist für die Expositionsabschätzung bei Sprühanwendungen in Innenräumen geeignet. Zu beachten ist jedoch, dass die Anwendung dieses Modells stets mit dem nötigen Sachverstand erfolgen muss.

Der Video-Clip zeigt das Anwendungsmuster "Sprühen entlang einer Wandlinie".

3D-animierte Darstellung des "Sprühen entlang einer Wandlinie", in welcher der freigesetzte Overspray erkennbar ist.

SprayExpo 2.3 als Arbeitsblatt für MS Excel®

Um die Verwendung des SprayExpo Modells zu erleichtern, wurde ein MS Excel®-Arbeitsblatt entwickelt. Es ist kompatibel mit dem Betriebssystem MS Windows® XP Service Pack 2 oder höher sowie mit dem Programm MS Excel® 2007 oder höher.

Die wichtigsten Input-Parameter sind:

  • das erzeugte Tröpfchenspektrum
  • die Freisetzungsrate
  • die Konzentration des Wirkstoffs
  • das räumliche und zeitliche Muster des Freisetzungsprozesses
  • der Dampfdruck der Flüssigkeit, die Raumgröße
  • die Luftwechselrate

Der Weg des Sprühers kann explizit in das Modell einbezogen werden. Für die Oberflächenbehandlung durch Aufsprühen wurde ein Modul für die Tröpfchen-Abscheidung in das Programmpaket eingebaut. Dieses Modul berechnet den Anteil der nicht abgeschiedenen Tröpfchen, die relevant sind für die Exposition des Menschen.

Ab Version 2.2 bietet SprayExpo die Möglichkeit, zwischen deutscher und englischer Sprache zu wechseln. Es werden also keine einzelnen Sprachversionen mehr benötigt. Zudem wurde der Rechenalgorithmus erheblich beschleunigt.

Version 2.3 enthält Korrekturen zur Beseitigung von Fehlermeldungen. Sie können bei manchen Systemen beim Export der Ergebnisse in eine externe Excel-Datei und bei der Eingabe des Tröpfchenspektrums auftreten.

Für ältere Systeme wird SprayExpo 2.3 auch im alten XLS-Format zur Verfügung gestellt.

Screenshot von SprayExpo 2.3 SprayExpo (Vergrößerung öffnet sich im neuen Fenster)